СПОСОБ СЖИГАНИЯ ОТХОДОВ, ПЕЧЬ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА, УСТАНОВКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ОТХОДОВ Российский патент 1997 года по МПК F23G5/00 

Изобретение относится к способу сжигания разнообразных отходов и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности, требующих обезвреживания отходов.

Известен способ сжигания отходов, где твердые и жидкие отходы сжигаются преимущественно в печах, отходы подают в печь, а воздух продувается через горящую массу. Температура, таким образом, локально может увеличиваться до 1000^oC, в то время как в каких-либо других местах температура может остаться ниже 800^oC. При таких условиях образуется зольная пыль, в то время как в областях, где температура значительно ниже, неприятно пахнущие вещества будут оставаться, или образовываться при неполном сгорании, которые одним своим неприятным запахом уже будут ухудшать окружающую среду (патент GB N 1573118, кл. F 23 G 5/00).

Время пребывания газов в горячих областях печей с температурой более чем 800^oC составляет преимущественно 1-3 с. Неполное сгорание, относительно низкая температура, короткое время пребывания компонентов в горячих областях создают условия для образования многих ядовитых и неприятно пахнущих компонентов, таких как двуокиси и бензофураны.

Поскольку такие процессы являются дорогостоящими, то, как правило, тепловую энергию, вырабатываемую в них, используют повторно. С этой целью образовавшиеся нагретые продукты сгорания направляют в паровой котел для использования энергии газов для производства пара. В результате чего газы постепенно охлаждаются до 200^oC, вследствие чего могут образоваться охлажденные двуокиси, вредные для окружающей среды.

Техническим результатом изобретения является повышение экономичности процесса.

Технический результат достигается тем, что отходы для сгорания подвергаются самоподдерживающемуся пиролизу в длинной горизонтальной камерной печи в условиях недостатка кислорода, которые впоследствии полностью сгорают при подаче соответствующего количества воздуха. Впоследствии этот пиролиз проводится при температурах 1100 1450^oC, при этих условиях происходит эффективное пиролитическое разложенние, при котором органические вещества разлагаются на углерод и простые газы, такие как окись углерода и водород, в то время как неорганические вещества разлагаются на простые оксиды. Рационально нагретые пиролитические газы, выходящие с заднего конца камерной печи, могут быть сожжены в выхлопном газовом канала, соединенном с ним, при подаче достаточного количества воздуха или кислорода.

Обычно пиролиз выполняется в автоклаве, который нагревается извне. Однако по изобретению пиролиз является самоподдерживающимся, что происходит потому, что нагретые горящие пиролитические газы сами по себе обеспечивают теплоту поддержания пиролиза в остальной части печи.

В зависимости от сжигаемых отходов могут быть необходимыми дополнительные вещества каталитического действия для потока горячего газа, сгорающего в выхлопном газовом канале. Если, например, выхлопные газы богаты оксидами азота, может быть добавлен аммиак.

Способ, соответствующий изобретению, обеспечивает дальнейшую очистку, при которой топочный газ, выходящий из выхлопного канала, быстро охлаждается и очищается при взаимодействии с жидкостью для очистки газа. Такая очистка может происходить, например, способом, описанным в заявке на патент Нидерландов N 8902490 того же заявителя. Жидкость для очистки газа может, таким образом, быть эффективно отделена от остальных жидкостей с высоким значением CZV (расхода химического кислорода), которые включают в себя комплексообразующие реагенты, соединения тяжелых металлов, соединения серы и азота, и извлекается среди других из фиксирующего раствора подобно фотографическому, фотохимическому и гальваническому производствам.

Камерная печь должна быть загружена отходами, подобранными таким образом, чтобы средняя энергия, содержащаяся в загрузке печи, составляла по меньшей мере 7 мДж/кг.

Изобретение представляет камерную печь для использования при пиролитическом горении, отличающуюся тем, что печь является удлиненной, горизонтальной, трубовидной печью с огнеупорными стенками, стойкими к высоким температурам, печь снабжена в передней части загрузочным окном, закрываемым заслонкой печи, и с задней стороны горловиной, переходящей в горизонтальный канал для выхлопного газа, диаметр которого является меньшим по сравнению с диаметром печи, в которой каждая из длинных боковых стенок печи снабжена верхним рядом закрываемых воздушных отверстий с верхней стороны, пересекающим стенку по длине, и нижним рядом закрываемых воздушных входных отверстий с нижней стороны, пересекающих стенку по длине, в которой предусмотрено большое воздушное отверстие входное на каждой из боковых стенок вблизи горловины печи, и в которой воздушные входные отверстия также предусмотрены в канале для выхлопных газов.

С появлением рядов воздушных входных отверстий на боковых стенках печи становится возможным эффективное управление печью и процесс пиролиза может быть регулируем и управляем требуемым образом.

Действительно, процесс может вестись так благодаря тому, что канал выхлопных газов около горловины печи сворачивает перпендикулярно продольному направлению печи и на этом повороте предусмотрено инжекционное отверстие в стенке канала выхлопного газа, направленное вдоль продольной оси повернувшего канала выхлопного газа. Дополнительно здесь могут быть предусмотрены вспомогательная горелка и/или основная горелка для того, чтобы было возможным регулировать горение выхлопного газа требуемым образом.

Верхняя стенка печи имеет вогнуто-сводообразную форму, чтобы отражать выделенное при процессе пиролиза тепло в центр.

Печь, однажды наполненная отходами для пиролиза, воспламеняется с задней стороны, что около горловины печи. С этой целью в задней части имеется хорошо горящий состав, например, бумага, целлюлоид и т.д. Выделяемое тепло, образованное этим интенсивным горением, происходящим под действием потока тепла, отражается при помощи стенки свода в направлении во внутрь печи и нагревает материал, присутствующий здесь. Регулированием входных воздушных отверстий в печи может быть достигнуто, что при помощи него заполненная печь постепенно нагревается до температуры пиролиза, при регулировании различные воздушные входные отверстия во время пиролиза перекрываются для того, чтобы поддерживать обедненную кислородом атмосферу. Для достижения насколько возможно эффективного нагрева печи верхнюю стенка печи предпочтительно полностью или частично покрывается с внешней стороны теплоизолирующим слоем, например глиноземом.

В дополнение печь может быть далее снабжена бетонной накладкой для снижения возможности взрывов газа. Такие взрывы газа могли случаться, если, например, особенно в начальный период действия печи, присутствует слишком много воздуха в отходовых материалах, находящихся в печи, в которых локально может внезапно возникнуть вредное горение.

В камерной печи, в заслонке печи, предусмотрено закрываемое входное отверстие, через которое подвергаемые обработке отходы будут загружаться. Это входное отверстие закрыто во время пиролиза, но открыто во время последующего горения материала, подвергаемого пиролизу, чтобы получить дополнительную тягу воздуха через него.

Универсальная система сжигания отходов состоит из одного или нескольких устройств пиролитического сжигания, каждое из которых состоит из трех камерных печей, описанных ранее, центральной камеры топочного газа, с которой соединены каналы выхлопного газа, и реактора очистки газа, соединенного с камерой топочного газа, и центральной колонны очистки газа с рядом наложенных одна на другую ступеней очистки, реакторы очистки газа устройств пиролитического сжигания соединены в комбинации с центральной колонной очистки газа.

По практическим соображениям предпочтительно каждая из центральных топочных камер снабжена вспомогательным отверстием. Такая система целесообразно учитывает то соображение, что в каждом цикле печи в действительности присутствуют три фазы, которые являются пиролизом, сжиганием золы и отжигом. Каждая из этих фаз имеет длительность от одного до нескольких дней, так что реально в печном устройстве в первой печи может производиться пиролиз, в то время как во второй печи, где пиролиз уже произошел, производится сжигание золы, в то время как третья печь находится в фазе отжига. Таким образом, для этого устройства будет возможной по существу непрерывная работа.

На фиг. 1 показан вариант камерной печи пиролитического сжигания, соответствующий изобретению, в горизонтальном поперечном разрезе; на фиг. 2 - вертикальный разрез печи на фиг. 1; на фиг. 3 схематический вид универсальной системы для сжигания отходов, соответствующей изобретению, в которой используется ряд таких печей, как и центральная система очистки газа.

Горизонтальная удлиненная печь имеет длинную камеру печи 1 с боковыми стенками 2, дном 3, сводом или верхней стенкой 4 и задней стенкой 5, которые состоят из огнеупорного материала с высокими характеристиками, стойкого к высоким температурам, превышающим 1450^oC. Свод 4 печи сделан вогнуто куполообразным, в то время как боковые стенки 2 с внутренней стороны также являются незначительно сводчато-закругленными. Эта сводчатая форма предусмотрена для отражения тепла, выделяющегося при пиролизе, в направлении внутренней части печи. Задняя стенка 5 и горловина печи 6 также показаны вогнуто-сводчатыми.

Боковые стенки 2 печи поддерживаются стальными балками 7, которые удерживаются вместе стяжными брусьями 8. Свод 4 печи сделан более тонким, чем боковые стенки 2 печи и покрыт слоем глинозема 11, оставляющим непокрытой центральную часть. Выше глинозема и свода печи находится бетонная накладка 9, имеющая в середине коническую, перемещающуюся ослабленную часть 10. Этот называемый газовый свод обеспечивает защиту от опасности взрыва.

Печь установлена на бетонном основании 12, на которое также положен глинозем 13, между дном печи и основанием. Слои глинозема 11 и 13 оба действуют как термоизоляция для того, чтобы предупредить теплоту печи от проникновения вовне.

С передней стороны печь имеет загрузочное окно, закрываемое заглушкой печи 14. Отходы для сжигания загружаются в печь через это загрузочное окно.

С задней стороны печи около горловины 6 находится канал выхлопного газа 15 с правой стороны сверху, который в показанном варианте имеет два перпендикулярных поворота, первый из которых около горловины печи. На этом участке стенка 16 канала перпендикулярна стенке 17 и образует, как это было видно, "дно" канала выхлопного газа 15. В этом дне 16a в центре имеется отверстие вспрыска 18, которое служит для вспрыскивания каталитических жидкостей, воздуха, введения пускового факела и пусковой горелки (не показано). В стенках 16 и 17 канала представлены равномерно распределенные входные воздушные отверстия 19.

Сама печь также снабжена воздушными входными отверстиями. Таким образом, ряд воздушных входных отверстий 20, равномерно распределенных по длине печи, имеется в каждой из длинных боковых стенок 2 внизу около дна 3. Большие воздушные входные отверстия 21 предусмотрены в каждой стенке 2, примыкающей к горловине печи 6. На верхней стороне обеих боковых стенок находятся ряды воздушных входных отверстий 22, которые действуют именно при управлении процессом пиролиза. В заслонке печи 14, наконец, также имеется воздушное отверстие входное 23, которое действует как вентиляционное отверстие при горении после пиролиза и как отверстие вспрыска для горючих жидкостей.

Печь работает следующим образом. В очень большую печь, например, длиной 16 м и высотой 4 м загрузка отходов для сжигания вводится спереди. Загрузка печи может состоять из многочисленных материалов как горючих, так и негорючих, в более или менее мелко разделанном виде, также и крупных, таких, как например бочки, может включать в себя жидкости, суспензии, измельчитель, грунт и т.д. Условием является, чтобы имелось среднее энергосодержание хотя бы 7 мДж/кг, чтобы действие происходило благоприятным образом. При загружении необходимо принять во снимание, имеется ли у задней стороны, около горловины печи 6, достаточное количество хорошо горящего вещества, например, фотопленки, бумаги, обрезков древесины и подобного.

Перед поджиганием печи сначала нагревается канал выхлопного газа. Это производится впрыскиванием горючего газа или жидкости через отверстие впрыска и поджиганием их с помощью основной горелки или пусковой горелки. Благодаря множеству воздушных входных отверстий появляется надлежащее горение в канале выхлопного газа, при котором спустя короткое время достигается достаточно высокая температура горения в канале выхлопного газа. Впоследствии горючие материалы, находящиеся у задней стенки печи, воспламеняются запалом или запальной свечой через одно из воздушных входных отверстий 19. Как следствие обильного притока воздуха через входное отверстие 19 и надлежащих характеристик тяги в нагретом канале выхлопного газа здесь происходит быстрое, полное сгорание, излучение от которого отражается от вогнутых стенок печи, внутрь и вперед в печь. Таким образом, происходит постепенное нагревание расположенного дальше и лежащего ниже материала. Во время этого процесса большая часть воздушных входных отверстий, как и вентиляционное отверстие в заслонке печи, закрыты, например, заглушками из стекловолокна, так что небольшое надлежащее количество кислорода может проникнуть в печь. В этом необычность; в печи будет происходить горение, но пиролиз, который поддерживается горением у задней стенки печи. Регулирование требуемой теплоты и скорости процесса пиролиза происходит посредством открывания или закрывания малых воздушных входных отверстий 22 с верхней стороны боковых стенок.

В особенности в начале процесса, когда некоторое количество воздуха присутствует в загруженных отходах, могут возникнуть взрывные реакции, которые в основном могут быть улажены. Если условия для взрыва возникнут, защита легкого газового покрытия гарантирует должным образом, что взрыв может быть отведен через свод печи.

Является существенным для печи, соответствующей изобретению, что канал выхлопного газа, через который выхлопные газы пиролиза проходят и сжигаются, имеет относительно малый диаметр в сравнении с диаметром камеры печи. Этим достигается, что горючие газы будут оставаться длительный период времени в печи и будут оставаться длительный период времени в печи и будут способствовать поддержанию пиролиза.

Значительным преимуществом обработки пиролизом является, что таким образом происходит по-существу полное разложение обрабатываемых отходов, из которых органические соединения разложатся преимущественно на углерод, окись углерода и водород, в то время как неорганические вещества превращаются в оксиды, которые, однако, против обычного горения будут давать много увеличенное образование золы. Зола, образовавшаяся до того, может быть легко удалена посредством распределения слоя песка, покрывающего тонкий слой обрезков на огнеупорном дне 3 печи перед началом процесса. Во время процесса пиролиза этот бумажный слой будет углефицирован и возможно зола будет скользить по этому слою угля и позже может быть легко удалена. Камерная печь, соответствующая изобретению, действует особенно эффективно. Многочисленные пустоты в камерной печи и очень низкие скорости газов в этой области приводят к длительному, до 30 с, времени пребывания газов. Таким образом, в этой камерной печи может быть достигнута и поддерживаемая высокая, около 1250^oC, температура, и приток кислорода в многочисленных точках через входные отверстия, приводящий к временному избытку кислорода в остальной камерной печи, будет приводить к полному разложению длинных органических молекул. Окончательное сгорание будет в конечном итоге достигнуто в узком канале выхлопного газа, где посредством отделенных отверстий впрыска 18, как и воздушных входных отверстий в продолжении канала выхлопного газа, обеспечивается достаточное количество кислорода для полного сгорания. Таким образом, является важным, чтобы особенно в начале канала выхлопного газа поддерживалась очень высокая температура. Кроме того, вследствие отсутствия завихрений, в подвергаемых пиролизу отходах образуется очень мало летучей золы, вещества, вызывающего значительную проблему при обычном сжигании в решетчатых и вращающихся печах.

После завершения реакций пиролиза богатые углеродом материалы остаются в печи. Теперь начинается новая фаза, сжигания, для чего воздушные выходные отверстия 21 и нижней стороны боковых стенок открываются и постепенно впускают воздух. С этого момента и далее также могут быть впрыснуты жидкости для горения через отверстия впрыска 23 в заслонке печи. В начальной стадии питание воздухом происходит обычным притоком из атмосферы; для интенсивного продолжения горения можно в конечном итоге прибегнуть к подводу сжатого воздуха посредством источника сжатого воздуха 24.

При таких условиях достигается полное сгорание или отжиг оставшейся массы. Во время этой последней фазы вентиляционное отверстие отверстие впрыска 23 в заслонке 14 печи, также является полностью открытым. В конце печь гаснет, после чего передняя сторона печи открывается и после смачивания золы водой она удаляется вместе с возможными шлаками. Весь процесс требует от трех до восьми дней.

Во время фазы пиролиза может стать необходимым ввести дополнительно ускоряющие вещества, которые действуют каталитически, через отверстие впрыска 18, во время горения выхлопных газов в канале выхлопных газов. Например, если в выхлопных газах присутствует избыток окислов азота, может, например, быть впрыснут раствор аммиака, каковой аммиак образует нитраты, разлагающиеся на азот, воду и кислород. В случае слишком высокого содержания CO могут быть впрыснуты, например, растворы, содержащие ионы хрома и меди. Они вводятся в поток газа и образуют оксид меди и оксид хрома, которые являются эффективными катализаторами для превращения CO при наличии достаточного количества кислорода в двуокись углерода.

С другой стороны, топочный газ, образовавшийся по изобретению, как правило не будет непосредственно выброшен, а будет поступать в имеющуюся установку очистки.

В описанной выше печи, имеющей размеры 16 м в длину и 4 м в высоту, объем печи является таковым, что могут вместить загрузку от 10 до 16 т. Эта загрузка может содержать горючие богатые энергией, и негорючие бедные энергией вещества. Совокупность должна обеспечить такое количество энергии до полного сгорания, чтобы требуемая температура выше 1000^oC была достигнута и поддерживалась в течение нескольких дней. С этой целью требуется, чтобы загрузка печи имела среднее содержание энергии, по меньшей мере 7 мДж/кг. Это последнее значение определяет соотношение между горючими и негорючими веществами в загрузке печи. В следующем примере представлена загрузка печи, в которой имеются:
Фотографическая пленка 10 т
Фотографическая бумага 20 т
Другая бумага 2 т
Горючая составляющая упаковки
Пластиковые отходы, возможно 2 т
Бочки 1 т
Суспензии 6 т
Отходы измельчителя 1 т
Грунт 1 т
Масла 2 т
Различные 46 т
Расчетная средняя энергия этой загрузки составляет ± 12 мДж/кг. Во время фазы сжигания ± 10 т остаточной жидкости растворителя могут быть впрыснуты в печь и сожжены. Если эти 10 т отходов добавлены к общей загрузке печи, средняя энергия, содержащаяся в 56 т отходов дойдет до ± 10 мДж/кг.

На фиг. 3 схематично изображена универсальная система сжигания отходов, соответствующая изобретению, в которой эффективно применяется несколько печей, описанных ранее. Эта система содержит два устройства пиролитического сжигания, каждая из трех печей пиролитического сжигания соответствует изобретению, названному А. Эти печи, 50 т каждая, в каждом устройстве соединены с общей камерой топочного газа В, снабженной вспомогательной трубой. Камера топочного газа В каждого устройства сжигания соединена с общей колонной очистки газа Д, в которой ряд ступеней очистки газа расположены одна над другой. Благодаря этому система, включающая в себя первичные реакторы очистки воздуха С и центральную колонну очистки газа Д, соответствует системе, описанной в ранее упомянутой заявке Нидерландов N 8902490, предназначенной для очистки топочного газа. Соответствует только тем, что в этом случае остаточная жидкость фотографического производства, или нечто подобное, используется в качестве жидкости для очистки газа. Существенное преимущество устройства пиролитического сжигания, включающего в себя три параллельно расположенных камерных печи А, сохраняется в том, что операция пиролитического сжигания, соответствующая изобретению, имеет три фазы, а именно:
А) фаза пиролиза, которая занимает от 1 до 3 дней.

В) фаза сжигания, также занимает от 1 до 3 дней и
С) фаза отжига и охлаждения, которая занимает от 1 до 2 дней.

Из трех параллельно расположенных печей такого устройства пиролиза первоначально загружается и поджигается первая печь. По прошествии трех дней пиролиз в этой первой печи завершается и там дается начало фазе сжигания золы, в то время как во второй печи начинается пиролиз. После 5 или 6 дней поджигается третья печь для пиролиза, в то время как первая печь находится на фазе охлаждения, вторая печь вступает в фазу сжигания золы. Этот цикл может быть продолжен, так что отходы могут перерабатываться непрерывно.

Существенное преимущество такого способа состоит в том, что с одной стороны непрерывное действие может быть осуществлено на полу-непрерывной основе, в то время как с другой стороны, кроме того, различные виды отходов в загрузке могут быть переработаны, при котором также предназначены и дальнейшая обработка золы или повторное проведение цикла могут быть выбраны. Обработка газов посредством центральной колонны очистки газа может происходить непрерывно.

Изобретение относится к сжиганию отходов и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности при обезвреживании отходов. Отходы сжигают в камерной печи, подвергая их воздействию самоподдерживающегося пиролиза в условиях недостатка кислорода и дожигании их при достаточном количестве воздуха. Камерная печь снабжена верхним рядом закрываемых воздушных отверстий с верхней стороны, проходящим по длине стенки и нижним рядом закрываемых входных отверстий с нижней стороны, проходящим по длине стенки, в которых большее входное отверстие предусмотрено в каждой из боковых стенок вблизи от горловины печи и в которой воздушные входные отверстия также предусмотрены в канале выхлопного газа. з с. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ сжигания отходов путем пиролиза в камерной печи в обедненных кислородом условиях с последующим дожиганием при избытке воздуха или кислорода в задней части камерной печи и в связанном с ней выхлопном канале, отличающийся тем, что пиролиз ведут при температуре 1100 1450^oС, в поток газа, выходящий из выхлопнго канала, вводят каталитические вещества, охлаждают и очищают его контактированием с жидкостью с высоким потреблением кислорода, взятую из группы закрепляющих растворов фотографического, или фотохимического, или гальванического производства. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что загрузку камерной печи ведут отходами с теплотой сгорания не менее 7 мДж/кг. 3. Камерная печь, включающая горизонтальный трубчатой формы корпус из огнеупора с загрузочным отверстием с крышкой и канал выхлопного газа, отличающаяся тем, что загрузочное отверстие выполнено в передней стенке корпуса, канал выхлопного газа снабжен отверстиями для подачи воздуха, имеет диаметр меньше диаметра корпуса и примыкает к отверстию в его эадней стенке, а по всей длине боковых стенок корпуса выполнены нижний и верхний ряды равно расположенных перекрываемых отверстий с большим диаметром у отверстия в задней стенке. 4. Печь по п. 3, отличающаяся тем, что канал выхлопного газа выполнен с участком, расположенным перпендикулярно продольной оси печи, и имеет отверстие для впрыска, расположенное в стенке канала на повороте по оси этого участка канала. 5. Печь по пп. 3 и 4, отличающаяся тем, что верхняя стенка печи выполнена вогнуто-сводчатой. 6. Печь по п. 5, отличающаяся тем, что дно печи выполнено вогнуто-сводчатым. 7. Печь по пп. 4 6, отличающаяся тем, что верхняя стенка печи с внешней стороны полностью или частично покрыта изолирующим слоем. 8. Печь по п. 7, отличающаяся тем, что печь покрыта бетонной накладкой с ослабленным участком для предотвращения взрывов газа. 9. Печь по пп. 4 8, отличающаяся тем, что между дном и фундаментом печи расположен теплоизолирующий слой глинозема. 10. Печь по пп. 4 9, отличающаяся тем, что крышка снабжена закрываемыми отверстиями для впрыска и вентиляции. 11. Установка для сжигания отходов, включающая камерную печь с каналом выхлопного газа, отличающаяся тем, что она выполнена с одним или несколькими устройствами пиролизного сжигания, каждое из которых состоит из трех камерных печей, центральной камеры топочного газа, с которой соединены каналы выхлопного газа камерных печей, реактора очистки газа, соединенного с камерой топочного газа и центральной колонной очистки газа с рядами ступеней очистки. 12. Установка по п. 11, отличающаяся тем, что центральная камера топочного газа снабжена вспомогательной трубой.